Un metodo di array di micro-drive per la registrazione elettrofisiologica da più regioni cerebrali

Abstract

Fonte: Shikano, Y., et al. Registrazioni simultanee di potenziali di campo locale corticale, elettrocardiogramma, elettromiogramma e ritmo respiratorio da un ratto in movimento libero. J. Vis. Exp. (2018).

Il video mostra la registrazione elettrofisiologica simultanea da più regioni cerebrali in un ratto utilizzando un array di micro-drive integrativo. Gli elettrodi di registrazione sono posizionati nel bulbo olfattivo, gli elettrodi di riferimento nella corteccia frontale e gli elettrodi array di micro-drive nell'ippocampo. Il ratto può foraggiare liberamente e la registrazione simultanea da tutti gli elettrodi impiantati viene registrata utilizzando l'array.

Protocol

Tutte le procedure che coinvolgono modelli animali sono state esaminate dal comitato istituzionale locale per la cura degli animali e dal comitato di revisione veterinaria JoVE.

1. Preparazione dell'array di micro-drive integrativo

1. Creare un array di microdrive per le registrazioni del potenziale di campo locale corticale (LFP) come descritto altrove. Lasciare aperti almeno 6 fori metallici su una scheda di interfaccia elettrodo (EIB) da utilizzare come canali per elettrocardiografia/elettromiografia/frequenza respiratoria (ECG/EMG/BR) collegati ai fili bioflex come descritto in 1.2.
2. Tagliare un filo bioflex in 6 pezzi con una lunghezza di 5,0 cm. Staccare il rivestimento in politetrafluoroetilene (PTFE) di entrambe le estremità di tutti i pezzi di filo con lunghezze di ~5,0 mm. Collegare un'estremità di ciascuno dei pezzi di filo a uno dei fori metallici aperti (canali ECG/EMG/BR) sull'EIB con un perno d'oro.
3. Tagliare un filo di smalto in due pezzi da 5,0 cm. Saldare un'estremità di ciascuno di questi fili ai canali di terra/riferimento (g/r) sull'EIB (Figura 1).
4. Per la preparazione degli elettrodi ECG, tagliare un filo bioflex in due pezzi da 16 cm. Staccare il rivestimento in PTFE delle estremità di questi pezzi di filo a lunghezze di ~5,0 mm su un'estremità (estremità corta) e ~15 mm sull'altra estremità (estremità lunga).
5. Formare un anello di filo con un diametro di 2,0 mm piegando l'estremità lunga del filo e fissando la forma dell'anello mediante saldatura.
6. Per la preparazione degli elettrodi EMG, tagliare un filo bioflex in 2 pezzi con lunghezze di 8 cm. Staccare il rivestimento in PTFE da entrambe le estremità di questi pezzi di filo con lunghezze di ~5,0 mm.
7. Per la preparazione degli elettrodi BR, tagliare un filo bioflex in 2 pezzi con lunghezze di 6,0 cm. Staccare il rivestimento smaltato di entrambe le estremità di questi pezzi di filo con lunghezze di ~5,0 mm. Saldare un'estremità di ciascuno di questi pezzi di filo alla testa di una vite in acciaio inossidabile (diametro dello stelo: 1,0 mm, lunghezza stelo: 4,0 mm).
8. Per la preparazione degli elettrodi di terra/di riferimento (gr), tagliare un filo di smalto in 2 pezzi con lunghezze di 6,0 cm. Staccare il rivestimento di smalto di entrambe le estremità di questi pezzi di filo con lunghezze di ~5,0 mm. Saldare un'estremità di ciascuno di questi pezzi di filo alla testa di una vite in acciaio inossidabile (diametro dello stelo: 1,4 mm, lunghezza stelo: 3,0 mm).
9. Il gas sterilizza tutti gli elettrodi e le viti inossidabili e li mantiene in uno spazio pulito.

2. Impianto dell'array di micro-drive integrativo e degli elettrodi BR

1. Fissa il ratto su un dispositivo stereotassico. Praticare un'incisione di ~3,0 cm sulla testa lungo la linea mediana dal punto tra gli occhi alla zona del collo. Esponi il cranio.
2. Realizzare due craniotomie circolari con diametri di 0,7-1,0 mm sopra il bulbo olfattivo, 11,0 mm anteriormente e 1 mm bilaterale alla bregma con un trapano ad alta velocità. Impiantare due elettrodi BR nel cranio fino a quando le punte degli steli delle viti non sono attaccate alla superficie del cervello.
3. Eseguire due craniotomie circolari con diametri di 0,7-1,0 mm sopra la corteccia frontale, 2,7 mm anteriormente e 2,7 mm bilaterali rispetto al bregma. Impiantare due elettrodi g/r nel cranio fino a quando la punta dello stelo della vite non è attaccata alla superficie del cervello.
4. Praticare da sei a otto fori con diametro di 1,0 mm nell'area circostante la craniotomia grande. Viti di ancoraggio dell'impianto (diametro dello stelo: 1,4 mm, lunghezza dello stelo: 3,0 mm) nel cranio.
5. Eseguire una craniotomia circolare di grandi dimensioni con un diametro di ~2,0 mm sopra l'ippocampo, 3,8 mm posteriormente e 2,5 mm bilateralmente alla bregma. Posizionare l'array di micro-drive integrativo in modo che la punta della cannula dell'array di drive si trovi sopra la craniotomia di grandi
dimensioni
6. Riempire lo spazio tra la punta della cannula e la superficie del cervello con ~100 μl di due soluzioni, cioè 0,5% (in massa) di alginato di sodio e 10% (in massa) di cloruro di calcio.
   nota: Questo processo forma un gel trasparente in ~5 minuti, dopo che le due soluzioni sono state mescolate sul cranio.
7. Coprire la cannula, gli elettrodi BR, gli elettrodi g/r e le viti di ancoraggio con cemento dentale con uno spessore di 0,5 cm. Fare attenzione a NON coprire le estremità aperte degli elettrodi BR e g/r con il cemento in questo passaggio.
8. Saldare le estremità aperte degli elettrodi ECG, EMG, BR e g/r alle singole punte dei fili precedentemente collegate all'EIB (vedere i passaggi 1.2 e 1.3).
9. Coprire la parte inferiore dell'array di microazionamenti integrativi e tutti i fili degli elettrodi con cemento dentale. Assicurarsi che tutti i fili degli elettrodi siano completamente coperti in modo che il ratto non possa graffiarli dopo l'impianto.
10. Dopo aver ripreso conoscenza a sufficienza per mantenere la decubito sternale, rimetti l'animale nella sua gabbia di casa in plexiglas trasparente e tienilo da solo con libero accesso all'acqua e al cibo. Dopo l'intervento chirurgico, trattare l'animale con antibiotici (gentamicina).

3. Registrazioni in vivo

NOTA: Tutti i segnali sono amplificati, campionati a 2 kHz e filtrati passa-banda (0,1 - 500 Hz) ad eccezione delle attività unitarie (campionate a 30 kHz e filtrate in banda passante (500 - 6 kHz)).

1. Collegare l'EIB dell'array di microdrive integrato all'headstage di un dispositivo di registrazione.
2. Far avanzare i tetrodi ruotando le viti per alcune settimane dopo l'intervento chirurgico. Una volta che i tetrodi sono adiacenti alle aree cerebrali bersaglio, sistemare i tetrodi nelle aree per un periodo di diversi giorni per registrazioni stabili.
3. Monitora i segnali elettrici mentre l'animale si muove liberamente in una camera di registrazione.

Results

Figura 1: Vista dall'alto della BEI. L'EIB include 24 canali corticali LFP (LFP) collegati ai tetrodi, 2 canali ECG, 2 canali EMG, 2 canali BR e 2 canali di terra (Gr). Tutti i canali, ad eccezione dei canali LFP, erano collegati a fili isolati.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
FEP Hookup Wire Stranded Acciaio Inox	Cooner Wire Company, Chatsworth, CA	COME 633	Filo Bioflex
EIB-36-PTB	Neuralynx, Inc., Bozeman, MT	EIB-36-PTB	Bei
Cereplex M	Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT		Headstage digitale
Cereplex diretto	Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT		Sistema di acquisizione dati
Filo magnetico in poliuretano UEW	Oyaide.com, Tokyo, Giappone	UEW 0,14 mm 20 m	Filo smaltato
SD-102	Narishige, Tokyo, Giappone	SD-102	Trapano ad alta velocità
Minimo ONE SERIES ver.2	Minitor Co., Ltd, Tokyo, Giappone	Anno 2012	Trapano ad alta peed Alimentazione
Provinice 250 ml	Shofu Inc., Kyoto, Giappone	213620136	Cemento dentale
Anestesista per piccoli animali	Biomachinery, Chiba, Giappone	TK-7	Anestesista
Buprenorfina cloridrato	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO	B7536-1ML	analgesico
Isoflurano	DS Pharma Animal Health, Osaka, Giappone	Isoflu 250mL
Vaselina, Bianco	Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Giappone	Codice 224-00165	Unguento veterinario
Alginato di sodio	Teque Nacalai, Kyoto, Giappone	Codice 31131-85
Cloruro di calcio diidrato	Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Giappone	Codice 031-00435
Vite in acciaio inox M1.0×4.0	MonotaRO, Hyogo, Giappone	42617504	Vite in acciaio inox per elettrodi BR
Vite in acciaio inox M1.4×3.0	MonotaRO, Hyogo, Giappone	42617687	Vite in acciaio inox per elettrodi g/r e tasselli